水廠處理構(gòu)筑物組（疊）合及連接設(shè)計(jì)
水廠處理構(gòu)筑物組（疊）合及連接設(shè)計(jì)
葉新
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海200092)
面對(duì)不容樂(lè)觀的江河水源水質(zhì)現(xiàn)狀，凈水廠處理工藝除常規(guī)處理外，還需考慮預(yù)處理及深度處理，或者在廠平面中預(yù)留場(chǎng)地,因此平面布置中處理構(gòu)筑物單元眾多，各單元間相互連接的各類(lèi)管線繁復(fù)。在工藝流程順暢、管理維護(hù)方便的條件下，對(duì)處理構(gòu)筑物和輔助建筑物進(jìn)行合理的組（疊）合布置，可以有效節(jié)省寶貴的土地資源，使得處理構(gòu)筑物布置集中，功能分明且環(huán)境協(xié)調(diào)優(yōu)美。
針對(duì)不同的原水水質(zhì)特性，凈水處理流程各不相同，以平原地區(qū)微污染原水典型的凈水處理工藝為例，對(duì)處理構(gòu)筑物進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，處理流程如下：江河或湖泊取水→進(jìn)水井→取水泵房→配水井→預(yù)臭氧接觸池→絮凝池→沉淀池→砂濾池→提升泵房→后臭氧接觸池→活性炭濾池→清水池→吸水井→送水泵房→用戶。
水廠排泥水處理典型流程如下：水廠排泥水→調(diào)節(jié)池→濃縮池→平衡池→脫水機(jī)房→泥餅外運(yùn)。
從上述處理流程可以看到處理構(gòu)（建）筑物單體為17個(gè)，若再計(jì)入加藥間、儲(chǔ)液池、加氯間、回用水池、臭氧制備車(chē)間等輔助生產(chǎn)建筑物，廠區(qū)內(nèi)構(gòu)（建）筑物處理單體將達(dá)20個(gè)以上。
根據(jù)處理構(gòu)（建）筑物的功能及高程布置，通常將上下游構(gòu)筑物、同類(lèi)構(gòu)筑物、構(gòu)筑物與清水池等進(jìn)行構(gòu)（建）筑物的組合設(shè)計(jì)。
1 處理構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)
1.1 上下游構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)
① 上下游構(gòu)筑物組合設(shè)計(jì)
水廠總平面按凈水處理工藝水力流程、擬建場(chǎng)地的高程以及進(jìn)出水管線等因素布置，為節(jié)省用地減少水頭損失，考慮施工難易及維護(hù)管理方便等，上下游處理構(gòu)筑物組合常用于水廠總平面設(shè)計(jì)中。
在江河或湖泊水源地設(shè)置取水構(gòu)筑物，在符合水文及航運(yùn)等要求的情況下，設(shè)置江心取水口經(jīng)自流管至岸邊進(jìn)水井，或者受通航限制設(shè)置岸邊式進(jìn)水井，遇水位高差較大的江河段取水，進(jìn)水井與取水泵房一般合并組合設(shè)計(jì)，主要是考慮進(jìn)水井與泵房單體構(gòu)筑物埋設(shè)均較深，既需要考慮單體之間的施工間距，又要考慮連接管道埋設(shè)太深的施工因素；遇水位高差變化較小的江河或湖泊水源地取水，可根據(jù)地形情況、取水水泵泵型選擇、進(jìn)水井與取水泵房的不同高程布置，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，進(jìn)水井與取水泵房既可采用分建也可合建。
上下游凈水處理構(gòu)筑物中，配水井與預(yù)臭氧接觸池、絮凝池與沉淀池、砂濾池與提升泵房、后臭氧接觸池與活性炭濾池通常組合設(shè)計(jì)，這樣構(gòu)筑物高程布置合理且上下游處理流程銜接順暢，既充分發(fā)揮了上下游構(gòu)筑物的處理功能，又節(jié)省了處理構(gòu)筑物單體各自分建連接管線間的水頭損失。上下游凈水構(gòu)筑物合并集中布置既節(jié)省了用地,又方便了生產(chǎn)運(yùn)行管理。
② 處理構(gòu)筑物與清水池疊合設(shè)計(jì)
在廠區(qū)平面圖布置中，清水池占地面積較大，為有效節(jié)省占地或擬建場(chǎng)地面積受到限制，設(shè)計(jì)考慮將處理構(gòu)筑物與清水池疊合布置。根據(jù)場(chǎng)地高程以及凈水工藝流程布置，通常平流沉淀池與清水池、砂濾池或活性炭濾池與清水池疊合。
③ 同類(lèi)型構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)
在排泥水處理工程設(shè)計(jì)中，為節(jié)省用地且加強(qiáng)生產(chǎn)管理，采用同類(lèi)型構(gòu)筑物組合以及疊合設(shè)計(jì)。組合設(shè)計(jì)通常將排泥水調(diào)節(jié)池和回用水池合并設(shè)計(jì)，可二列并排組合泵房集中布置在一端，或者一列組合泵房集中布置在中間的方式，使之整體組合成為一個(gè)構(gòu)筑物。疊合設(shè)計(jì)主要考慮上下游的排泥水調(diào)節(jié)池與濃縮池，以及平衡池和脫水機(jī)房疊合設(shè)計(jì)，流程銜接合理且運(yùn)行管理方便。
④ 構(gòu)筑物與輔助生產(chǎn)建筑物組（疊）合設(shè)計(jì)
為方便生產(chǎn)管理,減少不必要的運(yùn)行能耗，輔助生產(chǎn)建筑物也經(jīng)常與處理構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)，如沖洗泵房常與砂濾池、活性炭濾池管廊合建，藥劑儲(chǔ)液池常�？紤]疊于加藥間下。
1.2 多重構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)
每個(gè)水廠的原水水質(zhì)特性、凈水處理流程各不相同，擬建場(chǎng)地的面積、高程、形狀也千變?nèi)f化，因此，廠平面布置中處理構(gòu)筑物除上述組（疊）合設(shè)計(jì)外，還可根據(jù)工程項(xiàng)目的特性和具體要求，進(jìn)行多重構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)。
絮凝、沉淀（通常為斜管沉淀池）、砂濾池及沖洗泵房組合建設(shè)在一起，有時(shí)也考慮下疊清水池，常用于擬建場(chǎng)地受限制且處理規(guī)模較小的水廠，既利于生產(chǎn)管理又節(jié)省土地。此設(shè)計(jì)形式利用濾池管廊將沉淀池與濾池連成一體，管廊下層可設(shè)置沖洗設(shè)備，上層可布置配電室及管理用房，構(gòu)筑物布置緊湊，各處理單元間水頭損失小。
根據(jù)處理流程布置以及擬建場(chǎng)地情況，為有效共用輔助沖洗設(shè)備，將砂濾池、提升泵房、臭氧接觸池及活性炭濾池組合建設(shè)。此設(shè)計(jì)形式可考慮砂濾池、活性炭濾池均各自單排布置，在管廊中各自的出水渠道處拼接組合，提升泵房、沖洗設(shè)施等設(shè)置在端頭或中部；也可考慮砂濾池、活性炭濾池均各自雙排布置，利用設(shè)置的提升泵房、沖洗設(shè)施等用房前后連接組合；不管如何組合都要詳細(xì)并合理考慮各處理、輔助單元進(jìn)出以及超越管線的布置，與廠平面管線布置相協(xié)調(diào)。
排泥水工程處理單元池體大小不一，若分散布置占地面積較大，為有效節(jié)省用地并方便管理，考慮在排泥水調(diào)節(jié)池上疊建濃縮池、在回用水池上疊建脫水機(jī)房，且平衡池考慮與回用水池組合設(shè)計(jì)，這樣，在處理規(guī)模合適的情況下，排泥水工程單元可全部組（疊）建在一起。
圖1為工程規(guī)模為30萬(wàn)噸/天的水廠布置實(shí)例，工藝處理流程包括預(yù)處理、常規(guī)處理、深度處理以及排泥水處理，兩組生產(chǎn)構(gòu)筑物設(shè)置在廠區(qū)西側(cè)，從南到北呈直線型布置，廠區(qū)東南側(cè)布置輔助生產(chǎn)設(shè)施，水力流程順暢，平面布置緊湊，工程占地為10.67 hm2。
圖1 水廠構(gòu)筑物組（疊）合設(shè)計(jì)平面布置實(shí)例
根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地狀況，輔助生產(chǎn)設(shè)施盡量考慮組合及疊合設(shè)計(jì)，以有效節(jié)省占地。利用濾格面積相同的特點(diǎn)，砂濾池與活性炭濾池共用一套反沖洗設(shè)施，并與提升泵房有機(jī)組合，使得用電負(fù)荷集中并方便管理；排泥水調(diào)節(jié)與回用水池合建，儲(chǔ)液池與加藥間疊合、平衡池與脫水機(jī)房疊合布置；為此，將所有輔助生產(chǎn)設(shè)施集中設(shè)置在廠區(qū)東南側(cè)，布置緊湊、管理便利。廠前區(qū)二級(jí)泵房及辦公樓并排布置，與生產(chǎn)處理構(gòu)筑物間布置了大容量清水池，平面布置在遵循工藝流程順暢、功能分區(qū)合理、有效利用場(chǎng)地的原則下，兼顧了整個(gè)水廠的建筑景觀設(shè)計(jì)，從廠區(qū)北側(cè)往南觀看一覽無(wú)遺，視線通透，建筑和景觀相得益彰。
2 處理構(gòu)筑物連接設(shè)計(jì)
① 管道、渠道連接設(shè)計(jì)
常規(guī)處理工藝構(gòu)筑物間一般采用管道或渠道連接，但隨著原水水質(zhì)變化，需要建設(shè)預(yù)處理及深度處理工藝或者預(yù)留建設(shè)用地，因此，平面布置時(shí)需分析不同原水水質(zhì)情況的運(yùn)行方式，處理工藝的分期建設(shè)設(shè)想，以及應(yīng)急事故處置預(yù)案等變化情況。由于預(yù)處理、深度處理工藝的加入，各處理單元間需考慮超越管線，或者預(yù)留與后續(xù)建設(shè)處理構(gòu)筑物之間的接口。
超越管線設(shè)置在上下游處理構(gòu)筑物之間，如配水井與預(yù)處理池、砂濾池與提升泵房或者活性炭濾池等，通過(guò)管線或渠道設(shè)置閥門(mén)之間的啟閉，來(lái)實(shí)現(xiàn)上下游處理構(gòu)筑物間的連接或超越。若工程分期建設(shè)，設(shè)計(jì)中需要謹(jǐn)慎考慮各階段處理構(gòu)筑物的連接，并預(yù)留與上下游構(gòu)筑物間的接口。預(yù)留管線接口除上述考慮的超越管線接口外，還需在廠平面管線總體布置中統(tǒng)籌考慮。
② 分配、結(jié)合井連接設(shè)計(jì)
除了采用管線連接外還可采用分配、結(jié)合井連接，主要是設(shè)置一個(gè)或多個(gè)井室，通過(guò)多個(gè)閘閥的啟閉，來(lái)分配上下游構(gòu)筑物進(jìn)出管線，實(shí)現(xiàn)處理構(gòu)筑物間的連接或超越。
若是水廠處理工藝為常規(guī)處理，預(yù)處理、深度處理為遠(yuǎn)期預(yù)留，則可設(shè)置分配井連接。在分配井前砂濾池出水管上預(yù)留深度處理接口，分配井可設(shè)置1~2個(gè)井室，根據(jù)總圖清水池布置通過(guò)井室來(lái)分配進(jìn)入清水池的出水管，井內(nèi)預(yù)留深度處理后管線入口，進(jìn)出口均設(shè)置閥門(mén)�，F(xiàn)階段運(yùn)行時(shí)，砂濾池出水管進(jìn)入井室，濾后水經(jīng)分配至清水池；遠(yuǎn)期深度處理運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟砂濾池出水管上預(yù)留接口，進(jìn)入深度處理系統(tǒng)，同時(shí)關(guān)閉井內(nèi)砂濾池出水閥，打開(kāi)深度處理預(yù)留閥門(mén)，深度處理后水經(jīng)分配井至清水池。至此，井內(nèi)砂濾池出水閥為超越閥門(mén)。
若凈水處理流程采用預(yù)處理、常規(guī)處理及深度處理，處理工藝需要考慮超越深度處理時(shí)，需要設(shè)置結(jié)合井。以某水廠設(shè)計(jì)為實(shí)例，砂濾池與提升泵房合建，后臭氧接觸與活性炭濾池合建，考慮砂濾池在臭氧制備系統(tǒng)故障或檢修時(shí)，砂濾池出水需超越進(jìn)入清水池。設(shè)計(jì)中采用結(jié)合井連接，結(jié)合井布置詳見(jiàn)圖2。
圖2 結(jié)合井設(shè)計(jì)布置實(shí)例
結(jié)合井從上而下為3層設(shè)計(jì)，正常運(yùn)行情況下，提升泵房出水經(jīng)過(guò)上層結(jié)合井至后臭氧接觸池，活性炭濾池出水進(jìn)入結(jié)合井下層，而后至清水池，進(jìn)出均采用閥門(mén)控制；當(dāng)需要超越活性炭濾池時(shí)，結(jié)合井中層設(shè)置超越閥門(mén)，上層可直接進(jìn)入底層至清水池。
（本文發(fā)表于《中國(guó)給水排水》雜志2014年第18期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會(huì)專題”欄目）
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